3- Exploitation

TP Les forces
1
TP Etude de forces
Objectifs :
 Déterminer la constante de raideur k d’un ressort.
 Mettre en évidence la poussée d’Archimède.
 Préciser les conditions nécessaires à l’équilibre d’un solide soumis à deux ou trois forces.
I- Tension d’un ressort
1- Manipulation
Afin de déterminer la relation qui lie la tension
d’un ressort et la longueur de ce ressort,
réaliser l’expérience suivante :
Suspendre un ressort à une potence.
Mesurer sa longueur à vide (en l’absence de
toute charge).
Suspendre des masses marquées de valeur croissante
en veillant à ne pas dépasser la limite d’élasticité
du ressort.
l0= longueur à vide du ressort
l= longueur du ressort après étirement
L = l’allongement du ressort
2- Mesures
 Mesurer la longueur à vide du ressort l0=……………..
 Relever pour chacune des masses, la longueur l prise par le ressort. Complèter le
tableau.
Masse suspendue m
(en kg)
0
Longueur l du
ressort (en m)
L = l-lo (en m)
tension du ressort
T (en N)
3- Exploitation
a- Faire un schéma de la situation, représentant une masse suspendue au ressort.
Faire un bilan des forces s’exerçant sur la masse. Représenter les forces sur le schéma.
b- Enoncer la condition d’équilibre d’un corps soumis à deux forces.
c- Exprimer alors la valeur de la tension T en fonction de la masse suspendue. Justifier.
d- Complèter la dernière ligne du tableau.
e- Tracer la courbe T = f(l – l0).
l0
l
L = l-l0

TP Les forces
2
f- La tension d’un ressort est donnée par la relation de Hook : T = kl – l0. A partir du tracer de la
courbe déterminer la valeur de la constante de raideur k du ressort. Quelle est son unité ?
II- Poussée d’Archimède
1- Manipulation
Accrocher un objet au ressort. Mesurer la longueur l du ressort lorsque l’objet est immobile. l =………………..
Repérer le niveau d’eau dans l’éprouvette graduée. Niv0 = ………………
Immerger complètement l’objet toujours accroché au ressort. Mesurer la longueur l’ du ressort. l’ = ……………
Repérer le niveau de l’eau dans l’éprouvette. Niv1 = …………………
Déterminer le poids des masses marquées dans l’air puis dans l’eau Pair = …………………. Et Peau =………………..
2- Exploitation
a- Faire un bilan des forces s’exerçant sur l’objet.
b- Représenter les forces sur un schéma dans chacune des situations (solide dans l’air puis dans l’eau)
sachant que le solide est en équilibre dans chaque cas.
c- Dans chaque cas, quelle relation existe-t-il entre ces forces ?
d- A quoi est dû la variation de poids ?
e- Que peut-on dire de l’expression pair-p ?
f- Calculer la valeur de la poussée d’Archimède notée 
g- Calculer le poids du volume d’eau déplacé. On donne  eau = 1 g.cm-3.
h- Conclure.
100
150
200
250
mL
50
100
150
200
250
mL
50
V
NivV0
NivV1

TP Les forces
3
III- Equilibre d’un solide soumis à trois forces
On recherche les conditions d’équilibre d’un solide soumis à 3 forces non colinéaires
1- Dispositif expérimentale
L’anneau a une masse très inférieure à celles des autres masses qui seront
suspendues, donc on peut négliger sa masse devant les autres masses.
 Définir le système d’étude et forces mis en jeu
 Caractéristiques de chacune des forces et leurs
représentations
2- Mesures
On prendra m1 = --------g, m2 = --------g et m3 = --------g
On recherche la position des poulies pour lesquelles l’ensemble du
dispositif soit est en équilibre et centré au maximum sur le cadre.
 Sur une feuille, on relève les trois directions de chaque force.
On utilisera un rapporteur pour mesurer les angles entre les
différentes droites d’action.
 Calculer la valeur de ces forces
F1 = --------N F2 = ----------N et F 3 = ----------N
 Choisir une échelle et tracer les vecteurs forces
 Faire la somme vectorielle de ces 3 forces. Qu’observe-t-on ?
 Vérifier d’une façon analytique (calcul) en faisant des projections sur 2 axes orthogonaux le
résultat précèdent.
 Conclure : A quelle condition l’anneau est en équilibre ?
IV - Application
a- Nommer l’autre force qui s’exerce sur la sphère.
b- La sphère est à l’équilibre. En déduire la relation vectorielle qui relie les 3 forces qui s’exercent sur
la sphère.
c- Déduire de cette relation vectorielle deux relations faisant intervenir les coordonnées des forces.
d- Calculer : Tx = ; Ty = ; T = ;  =
Une sphère de poids P = 2,0.10-3 N
suspendue à un fil est soumise à une
force électrique
F
qui est
horizontale, de valeur
F = 5,4.10-4 N, répartie dans tout le
volume de la sphère mais qui peut
cependant être représentée à partir
de son centre d’inertie.
Le fil est alors incliné d’un angle 
par rapport à la verticale.